CH641430A5 - Schmelzkessel fuer sprengstoff. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schmelzkessel für Sprengstoff, in dessem Inneren ein Rührwerk angeordnet ist und bei dem die aus einem glatten Aussenmantel und einem Innenmantel bestehende Seitenwand und gegebenenfalls der Boden Hohlräume für den Durchfluss eines Heizmediums aufweisen, mittels welchem die Sprengstoffschmelze im Inneren indirekt temperierbar ist.

Derartige Schmelzkessel dienen zum Zubereiten geschmolzenen und auf Giesstemperatur befindlichen Sprengstoffs. Der Sprengstoff wird aus dem Schmelzkessel durch Giessen z.B. in Geschosskörper weiterverarbeitet. Zur Beschickung des Schmelzkessels dient mindestens teilweise bereits geschmolzener Sprengstoff, der in einer anderen, vorgeschalteten Vorrichtung aufgeschmolzen wurde. Gegebenenfalls wird diesem im Schmelzkessel fester Sprengstoff zugesetzt, der z.B. in Form von Granulat, Schuppen oder Stücken vorliegt und im Schmelzkessel in Schmelze übergeht. Die so entstandene Sprengstoffschmelze wird unter Absenkung der Temperatur auf die Giesstemperatur gebracht, die mit sehr enger Toleranz, bei der schon 1 bis 2°C kritisch sind, bei der Erstarrungstemperatur der Schmelze liegt. Die zum Schmelzen des zugesetzten festen Sprengstoffes benötigte Wärme wird mindestens teilweise über das Heizmedium zugeführt, das im übrigen zur allgemeinen Temperierung des Schmelzkessels dient.

Aus der US-PS 2 227 845 ist eine Schmelzvorrichtung bekannt, die in ihrem unteren Teil einen Schmelzkessel der eingangs genannten Art aufweist. Im Inneren dieses Schmelzkessels ist ein Rührwerk angeordnet. Seine Seitenwand und sein Boden bestehen aus einem glatten Aussenmantel sowie einem ebenfalls glatten Innenmantel, der vom Aussenmantel einen Abstand hat. In den Hohlraum zwischen Aussen- und Innenmantel ist das Heizmedium einleitbar, mittels welchem die Sprengstoffschmelze im Inneren des Schmelzkessels temperiert wird. Hierbei kommt dem Rührwerk die Aufgabe zu, durch ständige Umwälzung der schlecht wärmeleitfähigen Sprengstoffschmelze alle Teile derselben mit der temperierten Seitenwand in Berührung zu bringen und so eine gleichmässige Wärmeverteilung in der Schmelze zu bewirken. Trotzdem ist der Wärmeaustausch zwischen Heizmedium und Sprengstoff bei bekannten Schmelzkessel beschränkt, weil der Innenmantel der Seitenwand glatt ist.

Auch ein weiterer, aus der DE-PS 249 978 bekannter Schmelzkessel hat nur einen glatten Innenmantel.

Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schmelzkessel der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass eine hohe Schmelzleistung unter Einhaltung der für die Sprengstoffverarbeitung geltenden Sicherheitsvorschriften und damit eine rasche Einstellung der Sprengstoffschmelze auf Giesstemperatur ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Innenmantel der Seitenwand wellenförmig in Form von hohlen, in das Innere weisenden Rippen gefaltet ist, welche vom Heizmedium durchflössen sind.

Beim erfindungsgemässen Schmelzkessel vergrössem die durch wellenförmige Faltung des Innenmantels gebildeten Rippen drastisch dessen Oberfläche, über welche der Sprengstoff mit dem Heizmedium in Wärmeaustausch treten kann, ohne dass die Rippen durch die Sicherheitsvorschriften nicht zugelassene separate Heizelemente im Inneren des Schmelzkessels darstellen. Dementsprechend ist auch bei den ebenfalls von den Sicherheitsvorschriften geforderten, nur geringen Temperaturdifferenzen von einigen Grad C zwischen Heizmedium und Sprengstoff-Schmelze in kurzer Zeit eine vergleichsweise grosse Wärmemenge der Schmelze zuführbar bzw. aus dieser abführbar. Hieraus folgt eine hohe Schmelzleistung und eine schnelle Einstellung der Sprengstoff-Schmelze auf die vom Heizmedium vorgegebene Temperatur. Gleichzeitig können die Rippan als «Wellenbrecher» gegenüber der Sprengstoff-Schmelze wirken, die aufgrund ihrer hohen Viskosität an sich die Tendenz hat, ohne innere Bewegung, quasi als Block, umzulaufen, statt vom Rührwerk umgewälzt und durchmischt zu werden. Die Rippen gewährleisten eine sehr innige und besonders schnelle Durchmischung der Schmelze in allen ihren Teilen, wodurch eine sehr gleichmässige Temperaturverteilung in der Sprengstoffschmelze ohne die Ausbildung nennenswerter Temperaturgradienten gerade auch in der Nähe der Seitenwand erreicht wird. Letzteres ermöglicht ein aktives, schnelles Abkühlen der Sprengstoff-Schmelze auf Giesstemperatur mittels des Heizmediums — das in diesem Fall in Bezug auf die Schmelze als Kühlmedium wirkt —, ohne dass die Gefähr von Krustenbildung durch erstarrten Sprengstoff an der Seitenwand des Schmelzkessels gegeben wäre. Im Vergleich zum bisher geübten natürlichen Abkühlenlassen verkürzt sich dadurch die Zeit bis zum Erreichen der Giesstemperatur drastisch von beispielsweise bisher zwei Stunden auf 10 bis 15 Minuten. Es ist bei dem neuen Schmelzkessels in Verbindung mit einer geeigneten Temperaturregelung für das Heizmedium sogar möglich, eine reine, ankristallisierte Sprengstoffschmelze über mehrere Stunden auf Giesstemperatur zu halten, ohne dass eine thermisch bedingte Veränderung der Schmelze eintritt. Die Weiterverarbeitung der Schmelze kann sich also problemlos über einen längeren Zeitraum erstrecken. Schliesslich ist bei dem erfindungsgemässen Schmelzkessel auf einfache, elegante Weise sichergestellt, dass sich «zwischen» Heizmedium und Sprengstoff-Schmelze keine Schweissnähte befinden, was die Sicherheitsvorschriften wegen der Gefahr, das Sprengstoff durch eine undichte Schweissnaht in das Heizmedium hineingelangen könnte, ebenfalls nicht zulassen.

Zw.eckmässigerweise liegt der gefaltete Innenmantel mit seinen aussen liegenden Wellenscheiteln am Aussenmantel an. Hierdurch umgrenzen die Rippen jeweils einen separaten Kanal für das Heizmedium, was die Gleichförmigkeit des Wärmeübergangs zwischen Heizmedium und Sprengstoffschmelze noch weiter erhöht.

Es hat sich, insbesondere im Hinblick auf die Funktion als «Wellenbrecher» als günstig erwiesen, wenn die Rippen dreieckigen Querschnitt haben. Daneben kommen natürlich noch andere Querschnittsformen, z.B. ein Halbkreis-Querschnitt in Frage.

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Auch hinsichtlich der Richtung, in der die Rippen im Innern des Schmelzkessels verlaufen, sind verschiedene Möglichkeiten denkbar. Bevorzugt wird ihre Richtung so gewählt, dass die Rippen parallel zu der vom Rührwerk an der Seitenwand erzeugten Hauptströmungsrichtung der Sprengstoff-Schmelze verlaufen. Dann wird nämlich am wirksamsten verhindert, dass das Rührwerk die Schmelze lediglich insgesamt, ohne innere Durchmischung, in Drehung versetzt. Ausserdem wird dann die Sprengstoff-Schmelze mit grösstmöglicher Geschwindigkeit und einer im Bereich der Rippen homogenen Strömung an diesen entlang geführt, was wiederum für die Geschwindigkeit des Wärmeaustausches günstig ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des neuen Schmelzkessels sind die letztgenannten Gesichtspunkte dadurch berücksichtigt, dass das Rührwerk Propellerflügel an einer senkrechten Achse aufweist, und dass die Rippen senkrecht verlaufen.

Der erfindungsgemässe Schmelzkessel ist insbesondere für die Behandlung von Trinitrotoluol oder Mischungen aus Tri-nitrotoluol und Hexogen, Trinitrotoluol und Ammoniumnitrat oder Trinitrotoluol/Hexogen/Aluminium bestimmt.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schemaansicht einer- Anlage zum Schmelzen von Sprengstoff mit einem Schmelzkessel nach der Erfindung, Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Schmelzkessel von Fig. 1 mit abgenommenem Deckel,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 ein Schemabild eines dem Schmelzkessel zugeordneten Heiz- und Kühlsystems für das Heizmedium.

Gemäss Fig. 1 umfasst eine Anlage zum Schmelzen von TNT eine Vorrichtung 1 zum schnellen Aufschmelzen des in fester Form zugeführten TNT mit einem beheizten Sammeltank 2 für das geschmolzene TNT. Aus diesem wird geschmolzenes TNT mit einer im erlaubten Bereich über dem Schmelzpunkt liegenden Temperatur einer beheizten Wiegevorrichtung 3 zugeleitet, die mit dem Sammeltank 2 über einen beheizten Ablaufstutzen 4 verbunden ist. Von der Wiegevorrichtung 3 gelangt eine bestimmte Menge geschmolzenes TNT über einen beheizten Stutzen 5 in einen Schmelzkessel 6. An die Wiegevorrichtung 3 können mehrere gleichartige Schmelzkessel angeschlossen sein.

Der Schmelzkessel 6 wird mit der giessfähigen TNT-Schmelze nur zu 20 bis 40%, bezogen auf seinen maximalen Kesselinhalt, gefüllt. Der restliche Anteil TNT wird dann in fester Form, z.B. als Granulat, hinzugegeben. Dieser Anteil geht im Schmelzkessel 6 in Schmelze. Im Inneren 7 des Schmelzkessels befindet sich ein Rührwerk 8, das von einem Deckel 9 des Schmelzkessels angebrachten Motor 10 angetrieben wird und die TNT-Schmelze ständig umwälzt.

Der kreisrunde Schmelzkessel 6 wird an seiner Seitenwand 11 und an seinem Boden 12 mittels eines Heizmediums, z.B. Wasser, indirekt beheizt. Die Schmelzwärme für das in fester Form zugegebene TNT wird nicht nur dem Heizmedium, sondern auch den vorgelegten, über Schmelztemperatur aufgeheizten TNT entzogen, dessen Temperatur dadurch sinkt. Eine danach verbleibende Temperaturdifferenz zur Giesstemperatur wird durch Kühlung mittels des Heizmediums beseitigt, das in diesem Falle, bezogen auf die TNT-Schmelze, als Kühlmedium eingesetzt wird. Die so auf Giesstemperatur gebrachte und dann auf Giesstemperatur gehaltene TNT-Schmelze wird durch einen beheizten Ablaufstutzen 13 z.B. miz TNT zu füllenden Geschosskörpern zugeleitet.

Einzelheiten des insgesamt aus rostfreiem Stahl hergestellten Schmelzkessels 6 zeigen die Figuren 2 und 3. Die Seitenwand 11 besteht aus einem glatten, kreiszylindrischen Aussenmantel 14 und einem Innenmantel 15, der in Umfangsrichtung fortschreitend in Form einer Dreieck-Welle gefaltet und mit seinen so entstandenen, aussenliegenden Wellenscheiteln 16 dicht am Aussenmantel 14 anliegt. Hierdurch ist eine Vielzahl gleichartiger, hohler Rippen 17 mit jeweils dreieckigem Querschnitt gebildet, die axial bzw. senkrecht verlaufen, in das Innere 7 des Schmelzkessels 6 weisen und jeweils einen separaten, senkrechten Kanal 18 für das Heizmedium umgrenzen.

Der leicht zur Mitte nach unten geneigte Boden 12 besitzt am Umfangsrand einen aussenliegenden Ringkanal 19, der über Bohrungen 20 im Boden mit jedem Kanal 18 in Verbindung steht. Über eine Reihe radialer Kanäle 21 ist der Ringkanal 19 an einen inneren Ringkanal 22 angeschlossen, welcher einen zentralen Anschlussflansch 23 für den Auslassstutzen 13 umgibt und mit einem Zuführrohr 24 für das Heizmedium in Verbindung steht.

Mit dem äusseren Ringkanal 19 korrespondiert ein gleichartiger Ringkanal 25 an der Oberseite des Schmelzkessels, der ebenfalls über Bohrungen mit den Kanälen 18 und ausserdem mit einem Abführrohr 26 für das Heizmedium in Verbindung steht. Das Heizmedium gelangt über das Zufuhrrohr 24, den inneren Ringkanal 22 und die radialen Kanäle 21 zum äusseren Ringkanal 19 am Boden, von wo es durch die Kanäle 18 im inneren der Rippen 17 nach oben aufsteigt, im oberen, äusseren Ringkanal 25 wieder zusammenfliesst und diesen über das Abführrohr 26 verlässt.

Der Ringkanal 25 umschliesst eine Auflage 27 für den Deckel 9, der auf dieser mittels dreier Schnellverschlüsse 28 befestigt werden kann. Das Rührwerk 8 hat eine senkrechte, zu den Rippen 17 parallele Achse 29, auf der drei zweiarmige, grosse Propellerflügel 30 sitzen, die bis kurz vor die Seitenwand 11 reichen. Hierdurch wird die TNT-Schmelze derart umgewälzt,

dass sie im achsnahen, mittleren Bereich nach unten gedrückt wird, am Boden radial nach aussen läuft und an der Seitenwand parallel zu sowie zwischen den Rippen 17 wieder nach oben steigt.

Dem Schmelzkessel 6 ist das in Figur 4 gezeigte Heiz- und Kühlsystem für das Heizmedium zugeordnet. Es besteht aus einem hinsichtlich der Temperatur des Heizmediums grob geregelten Primärkreislauf 31 und einem feingeregelten Sekundärkreislauf 32. Im Primärkreislauf wird das von einer Pumpe 33 umgewälzte Heizmedium in einem mit Damf gespeisten Wärmetauscher 34 aufgeheizt. Die grobe Temperaturregelung wird von einem Regler 35 bewirkt, der auf die Temperatur des Heizmediums hinter der Pumpe 33 anspricht und auf ein Stellglied 36 am Dampf-Einlass des Wärmetauschers einwirkt.

Der Sekundärkreislauf 32 verläuft vom Primärkreislauf 31 über ein Beimischventil 37, eine Umwälzpumpe 38, auf dem oben beschriebenen Weg durch den Schmelzkessel 6 hierdurch und zurück zum Primärkreislauf. Vom Rücklauf hinter dem Schmelzkessel zweigt eine Querverbindung zum Beimischventil 37 ab, in die ein Wärmetauscher 39 eingefügt ist, der von einem Gebläse 40 mit Kühlluft L beaufschlagt wird. Ein pneumatischer Proportional/Integral-Regler 41 verarbeitet Messsignale von einem Fühler 42 für die Temperatur des Heizmediums im Vorlauf und von einem Fühler 43 für die Temperatur des Heizmediums im Rücklauf. Entsprechend diesen Messsignalen und einer vorgewählten Temperatur der TNT-Schmelze wirkt der Regler 41 auf das Beimischventil 37 derart ein, dass sich aus dem eingestellten Mischungsverhältnis zwischen aufgeheiztem Heizmedium aus dem Primärkreislauf 31 und kühlerem Heizmedium aus dem Wärmetauscher 39 eine bestimmte Temperatur des Heizmediums in den Kanälen des Schmelzkessels und damit die gewünschte Temperatur der TNT-Schmelze ergibt.

Vom Primärkreislauf 31 zweigt ein weiterer Sekundärkreislauf 44 mit Beimischventil 45, Umwälzpumpe 46, Regler 47 und Temperatur-Fühler 48 ab, welcher die Beheizung des Auslassstutzens 13 besorgt.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims (5)

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1. Schmelzkessel für Sprengstoff, in dessen Inneren ein Rührwerk angeordnet ist und bei dem die aus einem glatten Aussenmantel und einem Innenmantel bestehende Seitenwand Hohlräume für den Durchfluss eines Heizmediums aufweist, mittels welchen die Sprengstoffschmelze im Inneren indirekt temperierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel (15) der Seitenwand (11) wellenförmig in Form von hohlen, in das Innere (7) weisenden Rippen (17) gefaltet ist, welche vom Heizmedium durchflössen sind.

2. Schmelzkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gefaltete Innenmantel (15) mit seinen aussenliegen-den Wellenscheiteln (16) am Aussenmantel (14) anliegt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Schmelzkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (17) einen dreieckigen Querschnitt haben.

4. Schmelzkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (17) parallel zu der vom Rührwerk (8) an der Seitenwand (11) erzeugten Hauptströmungsrichtung der Sprengstoffschmelze verlaufen.

5. Schmelzkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührwerk (8) Propellerflügel (30) an einer senkrechten Achse (29) aufweist, und dass die Rippen (17) senkrecht verlaufen.